CN102231926B - Led点灯装置以及照明装置 - Google Patents

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CN102231926B CN2011100320294A CN201110032029A CN102231926B CN 102231926 B CN102231926 B CN 102231926B CN 2011100320294 A CN2011100320294 A CN 2011100320294A CN 201110032029 A CN201110032029 A CN 201110032029A CN 102231926 B CN102231926 B CN 102231926B
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岩井直子
大崎肇
浅见健一
河野仁志
熊谷昌俊
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东芝照明技术株式会社
株式会社东芝
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    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B45/00Circuit arrangements for operating light emitting diodes [LED]
    • H05B45/30Driver circuits
    • H05B45/37Converter circuits
    • H05B45/3725Switched mode power supply [SMPS]

Abstract

本发明是关于一种发光二极管(Light-Emitting Diode,LED)点灯装置,具备直流电源、非绝缘型降压斩波器(chopper)以及发光二极管。非绝缘型降压斩波器具备:开关(switching)元件、电流检测用阻抗(impedance)元件以及电感器(inductor)所串联而成的第1电路;电感器以及续流二极管(freewheel diode)所串联而成的第2电路;以及控制该开关元件的控制部。包含开关元件的功率(power)部以及控制部是由单一封装(package)的集成电路(Integrated Circuit,IC)所构成,电流检测用阻抗元件以及电感器相对于IC而设置在外部。

Description

LED点灯装置以及照明装置
技术领域
[0001] 本发明的实施方式涉及一种LED点灯装置以及照明装置,特别是涉及一种具备非绝缘型降压斩波器(chopper)的LED点灯装置以及具备该LED点灯装置的照明装置。
背景技术
[0002] 具备非绝缘型降压斩波器的发光二极管点灯装置是已知的。在先前的具备降压斩波器的发光二极管点灯装置中,在作为第I开关元件的场效应晶体管(Field EffectTransistor, FET)与第I电感器之间,连接着电阻值小的电阻元件,并将该电阻元件连接于作为第2开关元件的双极(bipolar)型晶体管(transistor)的基极和发射极(base-emitter)间。将所述晶体管的集电极(collector)连接于所述FET的门极(gate)端子。并且,将第I电感器和续流二极管(freewheel diode)串联连接于输出端间。
[0003] 当FET进行导通(ON)动作时,一种增加电流从直流电源经由电阻元件、第I电感器以及与作为负载的LED电路并联连接的电容器(condenser)而流动,从而使第I电感器得以充电。如此,当电阻元件的两端间电压达到使晶体管动作的偏压(bias)时,晶体管进行导通动作,借此,FET断开(turn off)。将电阻元件的两端间电压设为晶体管的基极偏压,当该电压达到规定的电压时,使晶体管进行导通动作而使FET断开,因此可不受第2电感器中感应产生的电压值影响而始终准确地取得断开的时序(timing)。S卩,可使FET始终准确地进行开关动作。
[0004] 当FET断开时,此次是蓄积在第I电感器中的电磁能量(energy)经由续流二极管而放出,紧跟着一种减少电流流经电容器。当该减少电流达到O时,FET再次进行导通动作,重复以上的动作。
[0005] 如此,当电容器的充电电压达到LED电路的顺向电压以上时,电流流经LED电路,LED电路的LED点灯。
[0006] 具备非绝缘型降压斩波器的LED点灯装置的电路结构相对较简单且可实现小型化,同时电路效率高,并且可容易地获得所需的低电压,因此适合于搭载到将商用交流电源作为电源且具备负载电压低的LED的灯泡型LED中。灯泡型LED最近作为以节能为目的而代替先前的白炽灯泡的光源而受到瞩目。
[0007] 而且,通过电阻来对非绝缘型降压斩波器的输出电流进行电压转换,并经由二极管而输入至控制电路的控制(control)端子以形成电流反馈(feedback)结构也是已知的。
[0008] 在LED灯泡中,除了相当于作为普通照明用而市售的具备E26型灯头的白炽灯泡的LED灯泡以外,还有具备更小型的灯头例如具备E17型灯头的LED灯泡,以追求更进一步的小型化。
[0009] 并且,在使用此种非绝缘型降压斩波器的LED点灯装置中,为了应对针对灯泡型LED的进一步的小型化的要求,有效的是实现非绝缘型降压斩波器的进一步的小型化。作为其实现方法,考虑适用以半导体装置(device)为中心的集成化技术。
[0010] 另一方面,商用交流电源在各国使用的是各种值的电压,因此可将发光二极管点灯装置构成为,能够以最小限度的设计变更来适合于各种电压,便能够相对较廉价地制作适合于各国的灯泡型LED。
[0011] 而且,为了实现电感器的小型化,优选使非绝缘型降压斩波器构成为以高频来动作。
[0012] 有鉴于上述现有的发光二极管点灯装置存在的缺陷,本发明人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识,并配合学理的运用,积极加以研究创新,以期创设一种新型结构的LED点灯装置以及具备该LED点灯装置的照明装置,能够改进一般现有的发光二极管点灯装置,使其更具有实用性。经过不断的研究、设计,并经过反复试作样品及改进后,终于创设出确具实用价值的本发明。
发明内容
[0013] 本发明的目的在于,克服现有的发光二极管点灯装置存在的缺点,而提供一种新型结构的LED点灯装置、以及使用该LED点灯装置的照明装置,所要解决的技术问题是,将非绝缘型降压斩波器集成化而实现进一步的小型化并且容易适合于各种电源电压,并且高频动作中的控制的响应性良好。
[0014] 为达到上述目的,本发明的照明装置包括:照明装置本体和发光二极管点灯装置。本发明的发光二极管点灯装置包括:直流电源、非绝缘型降压斩波器、以及发光二极管。所述非绝缘型降压斩波器具备:第I电路,串联地包含开关元件、电流检测用阻抗元件以及电感器,并在开关元件的导通时使增加电流流经;第2电路,串联地包含电感器以及续流二极管,并在开关元件的断开时使减少电流流经;以及控制部,至少控制该开关元件。控制部在该开关元件导通而流经电流检测用阻抗元件的增加电流达到规定值时使该开关元件断开,而当流经电感器的减少电流达到小于第I规定值的第2规定值时使该开关元件导通。包含开关元件以及续流二极管中的至少开关元件的功率部以及控制部是由单一封装的IC所构成,至少电流检测用阻抗元件以及电感器相对于IC而设置在外部。
[0015] 发光二极管连接于非绝缘型降压斩波器的增加电流以及减少电流均流经的电路上的位置。
[0016] 本发明的目的以及解决其技术问题还可以采用以下的技术措施来进一步实现。
[0017] 在本实施方式中,直流电源可以是任何结构,但例如可将整流电路作为主体而构成,而且根据所需而具备由平滑电容器等构成的平滑电路。此时,整流电路优选由电桥(bridge)型整流电路构成,对交流电源例如商用交流电源的交流电压进行全波整流而获得直流。另外,可视所需而将整流电路集成化到IC的单一封装内。此时,优选将平滑电容器设置在外部。
[0018] 非绝缘型降压斩波器是将输入直流电压转换成比其更低压的直流电压并输出的众所周知的降压斩波器电路的一种,但从输入端直至输出端为止的电路呈非绝缘结构。绝缘型降压斩波器具备绝缘型的输出变压器(transformer),与此相对,如上所述,非绝缘型降压斩波器不使用绝缘型的输出变压器,因此适合于LED点灯装置的小型化。
[0019] 非绝缘型降压斩波器的功率部即对负载供给的电力所通过的电路部是包含开关元件、电流检测用阻抗元件、电感器以及续流二极管而构成。并且,功率部在电路动作上可分成第I电路以及第2电路。第I电路是从直流电源对电感器充电即蓄积电磁能量的电路,具有将具备开关元件、电流检测用阻抗元件、电感器以及负载电路的串联电路连接于直流电源的结构,在开关元件的导通时,该增加电流从直流电源流动而使电感器蓄积电磁能量。与此相对,第2电路是使蓄积在电感器中的电磁能量放出的电路,具有将续流二极管以及负载电路的串联电路连接于电感器的结构,在开关元件的断开时该减少电流从电感器流动。
[0020] 就负载电路而言,发光二极管成为负载,但可视所需而包含并联连接于发光二极管的输出电容器。输出电容器主要进行偏压,以使伴随开关而产生的高频不会流经作为负载的发光二极管。
[0021] 在电感器上,配设着与其磁耦合的二次线圈。并且,当该增加电流以及该减少电流流经电感器时,二次线圈上感应而产生电压。另外,二次线圈允许I个或多个。可根据控制部的结构来适当选择二次线圈的数量。在本实施方式中,二次线圈对控制部供给控制电源,并且形成针对开关元件的导通信号。
[0022] 控制部是通过对开关元件进行导通、断开控制来控制非绝缘型降压斩波器的动作的机构,其具体的电路结构在本实施方式中并无特别限定,可从电感器的二次线圈来供给其控制电源。并且,为了对开关元件进行导通、断开控制,当流经电流检测用阻抗元件的增加电流达到第I规定值时,使开关元件断开。
[0023] 要在该增加电流达到第I规定值时使开关元件断开,例如可利用与电流检测用阻抗元件的端子电压对应而作用的双极晶体管等的开关元件来将开关元件的控制端子短路。而且,当为了使开关元件如上所述般进行对应而作用,而使比较器(comparator)介隔在电流检测用阻抗元件与开关元件之间时,即使电流检测用阻抗元件的端子电压为非常小的值,也能确实地进行断开动作。其结果,电流检测用阻抗元件的电力损耗变小,因此电路效率变高,并且温度特性不会受到开关元件的影响,温度特性变得良好。并且,可利用从电感器的二次线圈供给的控制电源来使开关元件以及比较器进行动作。
[0024] 另一方面,要使开关元件导通,只要如下所述般进行控制即可。亦即,当从电感器流动的减少电流达到O时,在该二次线圈上会感应产生因反电动势引起的电压,因此根据该电压而形成开关元件的导通信号,并将其供给至开关元件而使其导通。导通信号可直接或间接地利用二次线圈上感应产生的电压来形成。
[0025] 而且,使开关元件、电流检测用阻抗元件以及续流二极管的构成该功率部的电路零件中的至少开关元件和控制部由单一封装内所具备的IC所构成。
[0026] 基于作为设计变更的对象零件以对应于各种电源电压的理由,电流检测用阻抗元件相对于IC而设置在外部。而且,电感器与功率部的各电路零件同样,负载电力会通过其中,因此是所谓的功率零件,但基于作为设计变更的对象零件以对应于各种电源电压的理由,电感器相对于IC而设置在外部。而且,电感器与半导体零件相比而大型化,因此也有难以配合IC化的理由。另外,也可以构成为使续流二极管相对于IC而没置在外部,此时,可根据电源电压或负载电力来设计具备最佳规格的续流二极管。
[0027] 而且,当对功率部中的开关元件以及续流二极管进行IC化时,通过构成为使这些半导体装置共用散热机构,从而可使动作上处于相辅关系的开关元件以及续流二极管经由散热机构而热结合。借此,无论电源电压的变动如何,IC的发热量均大致固定化,因此通过共用散热机构,可实现其小型化。[0028] 可视所需来使发光二极管与开关元件热结合。亦即,可构成为:当发光二极管成为故障模式(mode)而异常发热时,使热结合的开关元件的温度过度升高,从而使开关元件破坏,借此,电路成为开路(open)模式。由此,用来管理LED点灯电路的开关的开关元件在发光二极管的异常时也能进行保护动作。
[0029] 如果构成为经由发光二极管的散热机构来进行热结合,则可在一定程度上自由地设定发光二极管与开关元件的距离,其结果,作为LED光源的设计自由度提高。
[0030] 而且,由于IC包含开关元件的控制部,因此连接开关元件与控制部之间的导体的距离将显著缩短,其结果,连接他们之间的导体的电阻以及浮动静电容将变得非常小。其结果,因导体图案的电阻或电抗(reactance)引起的信号延迟有效降低。
[0031] IC允许使功率部与控制部分别由不同的半导体芯片来构成。亦即,可将功率部的半导体芯片设为相对高电压规格,而将控制部的半导体芯片设为相对低电压规格。另外,当功率部具备开关元件和续流二极管时,既可以集成到共用的半导体芯片中,也可以配设另外的半导体芯片。
[0032] 另外,电流检测用阻抗元件也可以在非绝缘型降压斩波器的增加电流以及减少电流均以非平滑状态流经的电路上的位置串联地插入。此时,控制部在检测出增加电流且该增加电流达到第I规定值时使开关元件断开。而且,控制部在检测出该减少电流且该减少电流达到小于第I规定值的第2规定值时使开关元件导通。此时,控制部基于从直流电源侧获得的直流电压而接受IC的内部所生成的控制电源的供给来进行工作。直流电压是比控制部的控制电压高的电压,在IC内部配设降压器(dropper)等的控制电源生成部,以获得控制电源并将其供给至控制部。要从直流电源侧获得直流电压,既可以从IC内部的开关元件的端子获得电压,也可以视所需而从IC导出连接于控制电源生成部的连接引脚(pin),并将该连接引脚连接于直流电源。
[0033] 而且,发光二极管通过连接于非绝缘型降压斩波器的增加电流和减少电流均流经的电路上的位置,从而受到经过非绝缘型降压斩波器的恒电流控制后的输出电流来赋能而点灯。发光二极管既可以是多个发光二极管串联连接而成的串联电路,也可以是单独的发光二极管。而且,也可以将多个发光二极管经由均匀化分流电路等而并联连接,从而构成负载电路。
[0034] 发光二极管的发光特性以及封装形态等也无特别限定,因此可适当选择使用已知的各种发光特性、封装形态以及额定值等。但是,作为普通照明用,一般是白色发光类型的发光二极管。
[0035] 本发明的优点及有益效果包括:将非绝缘型降压斩波器集成化而实现进一步的小型化并且容易适合于各种电源电压,并且高频动作中的控制的响应性良好。
[0036] 综上所述,本发明在技术上有显著的进步,并具有明显的积极效果,诚为一新颖、进步、实用的新设计。
[0037] 上述说明仅是本发明技术方案的概述,为了能够更清楚了解本发明的技术手段,而可依照说明书的内容予以实施,并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂,以下特举较佳实施例,并配合附图,详细说明如下。
附图说明[0038] 图1是第I实施方式的LED点灯装置的电路图。
[0039] 图2是以第I实施方式的LED点灯装置的IC为中心的示意性的电路配置图。
[0040] 图3是对非绝缘型降压斩波器的控制延迟的影响进行说明的示意性的电流波形图。
[0041 ] 图4是第2实施方式的LED点灯装置的电路图。
[0042] 图5是以第2实施方式的LED点灯装置的IC为中心的示意性的电路配置图。
[0043][元件的符号]
[0044] 10:1C A:第 I 电路
[0045] AC:交流电源 B:第2电路
[0046] Cl:平滑电容器 C2:噪声防止用电容器
[0047] C3:输出电容器 C4、C5、C6、C7:电容器
[0048] CC:控制部 CPl:比较器
[0049] CS、D、E、out、Vdd:端子 Dl:续流二极管
[0050] D2、D3: 二极管 DB:全波整流电路
[0051] DC:直流电源 doff、don:控制的延迟
[0052] ESl:第I控制电 路电源 ES2:第2控制电路电源
[0053] ⑶:驱动电路 ID:减少电流
[0054] I1:增加电流 L1:电感器
[0055] L2: 二次线圈 LC:负载电路
[0056] Q1、Q2:开关元件 R1、R2、R3、R4:电阻器
[0057] SDC:非绝缘型降压斩波器 ST:启动电路
[0058] tl、t2:输出端子 TOFF:断开电路
[0059] VDS:控制电源生成部 Zl:电流检测用阻抗元件
[0060] ZDUZD2:齐纳二极管
具体实施方式
[0061] 为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例,对依据本发明提出的LED点灯装置以及照明装置其具体实施方式、结构、步骤、特征及其功效,详细说明如后。
[0062] 本实施方式的LED点灯装置具备直流电源、非绝缘型降压斩波器以及发光二极管。
[0063] 其次,参照图1至图3来说明第I实施方式。
[0064] 图1所示的第I实施方式对应于第I发明。LED点灯装置具备直流电源DC、非绝缘型降压斩波器SDC以及LED (发光二极管)。
[0065] 直流电源DC具备输入端连接于例如额定电压100V的商用交流电源等的交流电源AC的全波整流电路DB、以及平滑电容器Cl。平滑电容器Cl连接于全波整流电路DB的输出端间,可将全波整流电路DB的直流输出形成为包含适度的脉动(ripple)的平滑化电压。而且,连接于全波整流电路DB的输入端间的是噪声防止用电容器C2。
[0066] 非绝缘型降压斩波器SDC具备第I电路A、第2电路B以及控制部CC。第I电路A串联地包含开关元件Q1、电流检测用阻抗元件Zl以及电感器LI,且第I电路A以在开关元件Ql的导通时使增加电流流经的方式而连接于直流电源DC以及作为负载的LED。第2电路B串联地包含电感器LI以及续流二极管D1,且在开关元件Ql的断开时使减少电流流经。控制部CC控制开关元件Q1,从与电感器LI磁耦合的二次线圈L2接受控制电源的供给而使非绝缘型降压斩波器SDC自激驱动。
[0067] 而且,非绝缘型降压斩波器SDC的端子D以及端子E连接于直流电源DC的输出端,端子Vdd连接于二次线圈L2的控制部CC侧的一端,端子out连接于电感器LI的续流二极管Dl侧的一端,端子CS连接于电流检测用阻抗元件Zl的开关元件Ql侧的一端。连接于电感器LI的二次线圈L2的另一端、电流检测用阻抗元件Zl的续流二极管Dl侧的另一端分别如图所示般连接。并且,将电感器LI的另一端和端子E连接于输出端子tl、t2。在输出端子tl、t2上连接着输出电容器C3。
[0068] 进而,非绝缘型降压斩波器SDC是由在单一封装内具备由端子D、Vdd, CS、out、E所围成的图中虚线所示的范围的IClO所构成。
[0069] 在本实施方式中,非绝缘型降压斩波器SDC的开关元件Ql是由FET (场效应晶体管)构成,其一对主端子(漏极(drain)、源极(source))串联连接于第I电路A。并且,第I电路A经由输出电容器C3及/或负载电路LC而形成电感器LI的充电电路。第2电路B的电感器LI以及续流二极管Dl经由输出电容器C2而形成电感器LI的放电电路。另外,在本实施方式中,电流检测用阻抗元件Zl是由电阻器构成,但可视所需来使用具有适度的电阻成分的电感器或电容器等。
[0070] LED是将所需数量的LED串联连接,并且与输出电容器C3并联连接而形成负载电路LC,且连接于非绝缘型降压斩波器SDC的输出端tl、t2间,由此,通过非绝缘型降压斩波器SDC的输出电流来进行点灯。
[0071] 控制部CC是控制开关元件Ql的导通、断开的机构,其构成为,使非绝缘型降压斩波器SDC以20kHz以上的动作频率、0.043以上的降压率来动作,且开关元件Ql的控制的反应时间为0.15μ s±20%。因此,尤其对于开关元件Q1、比较器CPl以及开关元件Q2,可选择其上升以及下降特性良好的装置来满足反应时间。
[0072] 控制部CC包含开关元件Ql的驱动电路⑶以及断开电路T0FF,从与电感器LI磁耦合的二次线圈L2来接受控制电源的供给,并且根据在二次线圈L2上感应产生的电压来形成开关元件Ql的导通、断开信号。
[0073] 驱动电路GD在该增加电流流动的期间内,将在二次线圈L2上感应产生的电压作为驱动信号而施加至开关元件Ql的控制端子(门极)与一个主端子(漏极)之间,将该开关元件Ql维持为导通状态。另外,二次线圈L2的另一端经由电流检测用阻抗元件Zl而连接于开关元件Ql的另一个主端子(源极)。而且,除了上述结构以外,电容器C4串联地介隔在二次线圈L2的一端与开关元件Ql的控制端子(门极)之间。进而,在控制部CC的输出端间连接有齐纳二极管(Zener diode) ZD1,从而形成过电压保护电路,其防止对开关元件Ql的控制端子(门极)与一个主端子(漏极)之间施加过电压而导致开关元件Ql发生破坏。
[0074] 断开电路TOFF具备比较器CP1、开关元件Q2、第I控制电路电源ESl以及第2控制电路电源ES2。比较器CPl的反转输入端子上连接着基准电压电路。另外,基准电压电路包含齐纳二极管ZD2,从第2控制电路电源ES2接受电源的供给而生成基准电压。在比较器CPl的非反转输入端子上,连接着开关元件Ql与电流检测用阻抗元件Zl的连接点,对该比较器CPl施加输入电压。该比较器CPl的输出端子连接于开关兀件Q2的基极而施加输出电压,以使开关元件Q2导通。另外,在开关元件Q2的基极上,经由电阻器Rl而连接于第I控制电路电源ESl,以对该比较器CPl供给控制电源。
[0075] 开关元件Q2是由双极(bipolar)晶体管构成,其集电极连接于开关元件Ql的控制端子,发射极连接于电流检测用阻抗元件Zl以及电感器LI的连接点。因此,通过开关元件Q2导通,驱动电路⑶的输出端形成短路。其结果,开关元件Ql断开。
[0076] 第I控制电路电源ESl是将二极管D2以及电容器C5的串联电路连接于二次线圈L2的两端而构成,当电感器LI受到充电时,利用在二次线圈L2上产生的感应电压而经由二极管D2来对电容器C5进行充电。
[0077] 第2控制电路电源ES2是将二极管D3以及电容器C6的串联电路连接于二次线圈L2的两端而与上述同样地构成。
[0078]启动电路ST具备连接于开关元件Ql的漏Q门极间的电阻器R2,且由电容器C3、二次线圈L2、电感器LI以及输出电容器C3构成,在直流电源DC接通时,将主要由电阻器R2所决定的正(Plus)的启动电压施加至开关元件Ql的门极而使非绝缘型降压斩波器SDC启动。
[0079] 其次,对电路动作进行说明。
[0080] 直流电源DC将其平滑电容器Cl的电容设定为例如相对较低的值,使输入电流波形的五次高谐波比率为60%以下。其结果,输入电流波形的高谐波满足日本的负载为25W以下的高谐波规格(JIS C61000-3-2C级)。
[0081] 当接通直流电源DC,且通过启动电路ST来使非绝缘型降压斩波器SDC启动时,开关元件Ql导通,线性增加的增加电流在第I电路A内从直流电源DC经由输出电容器C3或/及负载电路LC的LED而流出。通过该增加电流,在二次线圈L2上感应产生电容器C4侧为正的电压,该感应电压经由电容器C4而作为正的电压以施加至开关元件Ql的控制端子(门极)。借此,开关元件Ql维持为导通状态,该增加电流持续流经开关元件Ql。与此同时,通过该增加电流,在电流检测用阻抗元件Zl上产生电压降,该电压降作为输入电压而施加至断开电路TOFF的比较器CPl的非反转输入端子。
[0082] 随着该增加电流的增大,当比较器CPl的输入电压增加而超过设定为第I规定值的基准电压时,比较器CPl进行动作,在其输出端子上产生正的输出电压。其结果,断开电路TOFF的开关元件Q2导通而将驱动电路GD的输出端短路,因此非绝缘型降压斩波器SDC的开关元件Ql断开,该增加电流被阻断。在此期间的控制部CC的控制的反应时间满足
0.15μ s±20%,因此非绝缘型降压斩波器SDC的动作使导致降压率非所需地变成大值的问题不存在。
[0083] 当开关元件Ql断开时,在导通期间内通过上述增加电流的流动而蓄积在电感器LI中的电磁能量被放出,该减少电流在包含电感器LI以及续流二极管Dl的第2电路B的内部经由输出电容器C3或/及负载电路LC的LED而流出。此时,开关元件Ql的控制端子(门极)成为负(minus)电位,因此该开关元件Ql维持为断开状态,该减少电流持续流经该开关元件Ql。[0084] 当蓄积在电感器LI内的电磁能量的放出结束而该减少电流达到作为第2规定值的O时,在电感器LI上产生正的反电动势,二次线圈L2上感应产生的电压发生逆转,电容器C5侧再次转变为正。当感应电压经由电容器C4而对开关元件Ql的控制端子(门极)施加正的电压时,该开关元件Ql再次反转为导通状态,该增加电流再次流出。在此期间的控制部CC的控制的反应时间满足0.15 μ s±20%,因此非绝缘型降压斩波器SDC的动作导致动作频率非所需地下降的问题不存在。
[0085] 以后,重复与上述同样的电路动作,将该增加电流以及该减少电流予以合成而流动着三角波形的负载电流,由此,负载电路LC的LED点灯。
[0086] 其次,参照图2来说明IC10。IClO构成一种在单一封装内具备非绝缘型降压斩波器SDC的开关元件Ql以及续流二极管Dl的功率部和控制部CC的1C。并且,各电路零件在IClO的内部以图1所示的形态而连接着,并且将端子D、E、out、CS以及Vdd导出到外部。
[0087] 开关元件Ql以及续流二极管Dl被安装(mount)在高电压芯片内,而控制部CC被安装在低电压芯片内。另外,开关元件Ql以及续流二极管Dl既可以安装在单一的高电压芯片内,也可以安装在不同的高电压芯片内。
[0088] 如此,通过将直流电源DC、电流检测用阻抗元件Zl、电感器LI以及输出电容器C3如图所示般连接于ICio的端子D、E、out、CS、Vdd,从而构成非绝缘型降压斩波器SDC。
[0089] 并且,根据第I实施方式,通过具备非绝缘型降压斩波器SDC,该非绝缘型降压斩波器SDC使包含开关元件Ql以及续流二极管Dl的功率部和控制部CC由单一封装内所具备的IClO构成,且将电流检测用阻抗元件Zl以及电感器LI设置在IClO的外部,从而可实现非绝缘型降压斩波器SDC的进一步的小型化,并且可容易地使电流检测用阻抗元件Zl以及电感器LI适合于各种电源电压。
[0090] 然而,商用交流电源在各国采用的是各种值的电压,在日本为100V以及200V。与此相对,例如用于LED灯泡的负载的顺向降电压(Vf)全部为12V左右。因此,当使用非绝缘型降压斩波器来在电压间进行DC-DC电压转换时,必须将降压率(输出电压/输入电压)设定为极小的值。
[0091] 另一方面,由于在非绝缘型降压斩波器中使用电感器,因此为了实现整体的小型化,优选提高动作频率而使电感器小型化
[0092] 然而,如果要满足以上的条件,控制的延迟将会成为问题,降压率以及动作频率存在极限,从而难以设定所需的动作条件。以下,参照图3来说明控制的延迟对降压率以及动作频率造成的影响。当增加电流II达到第I规定值时,如果因为控制的延迟doff,而使因该电流的阻断所引起的下降开始如实线所示般延迟,则开关元件的导通时间与无延迟的以虚线所示的情况相比将变长,因此导致降压率变大。而且,当减少电流ID达到作为第2规定值的O时,由于控制的延迟don,则伴随开关元件的导通的增加电流的上升受到延迟而电流O的时间产生don的期间,因此导致非绝缘型降压斩波器的动作频率相应地降低。
[0093] 因此,在本实施方式中,通过控制部CC来进行控制,以使非绝缘型降压斩波器SDC以20kHz以上的动作频率、优选80kHz以下的动作频率,0.043以上的降压率、优选0.85以下的降压率,以及0.45 μ s以上的开关元件Ql的导通时间、优选1.1 μ s以下的开关元件Ql的导通时间来使非绝缘型降压斩波器SDC动作,从而使得开关元件Ql的控制的反应时间控制成满足0.15μ s±20%o[0094] 另外,降压率是指非绝缘型降压斩波器SDC的输出电压相对于输入电压的比率。所谓控制的反应时间,分别是指从流经开关元件Ql的减少电流达到第2规定值时的反馈信号直至开关元件Ql的增加电流上升为止的时间差、以及从该增加电流达到第I规定值时的反馈信号直至阻断该增加电流时的该电流开始下降为止的时间差。
[0095] 可知的是,通过使控制的反应时间满足0.15μ s±20%,在上述动作条件下,降压率以及动作频率不受影响,非绝缘型降压斩波器SDC可正常地动作,如果控制的反应时间超过0.18 μ s,则非绝缘型降压斩波器SDC的降压率或动作频率将无法以所需的值来动作。
[0096] S卩,当降压率下降时,例如在设定有12V的输出电压时将变成16V。此时,为了对其进行补偿,必须使电阻降压器电路介隔在电流检测用阻抗元件Zl的输出端而使反馈信号相应地降低。而且,在进行恒电流控制时,由于降压率变得大于预定值,因此会造成过载动作而导致LED的寿命变短。进而,当以临界模式来设计非绝缘型降压斩波器SDC时,控制模式会变成连续模式或变成不连续模式。另外,如果变成连续模式,则开关元件Ql的开关损耗会增加而电路效率将降低,并且有可能导致开关元件Ql等的电路零件的寿命缩短。
[0097] 另一方面,如果控制的反应时间小于0.12 μ S,则虽然非绝缘型降压斩波器SDC不会在所需的动作条件下无法动作,但需要耗费过多的成本来缩短控制的反应时间,因而变得不实用。另外,如果反应时间为0.15 μ s± 10%,则可获得更进一步的效果,因而较佳。
[0098] 要缩短控制的反应时间以满足上述条件,如果开关元件Ql为FET,则有效的是选择采用其导通时延迟时间td(on)以及断开时延迟时间td(off)短至所需的开关元件Q1。而且,如果使用比较器CPl来使开关元件Ql断开,则有效的是选择采用其传输延迟时间tpDH(上升时)以及tpHL(下降时)短至所需的比较器。而且,针对因基板上的配线或零件配置引起的反应时间的延迟,通过至少使开关元件Ql以及控制部CC构成单一封装的IC10,可有效降低因导体图案的电阻或电抗引起的信号延迟。通过将以上的各方法适当组合,可使控制的反应时间满足0.15 μ s±20%。另外,上述延迟时间存在断开时以及下降时比导通时以及上升时大的倾向。
[0099] 作为当该增加电流达到第I规定值时使开关元件Ql断开的电路机构,例如利用与电流检测用阻抗元件Zl的端子电压对应而作用的双极晶体管等的开关元件Q2来将开关元件Ql的控制端子短路。而且,当为了使开关元件Q2如上所述般进行对应而作用,而使比较器CPl介隔在电流检测用阻抗元件Zl与开关元件Q2之间时,即使电流检测用阻抗元件Zl的端子电压为非常小的值,也能确实地进行断开动作。其结果,电流检测用阻抗元件Zl的电力损耗显著降低而电路效率变高,并且温度特性不受开关元件Q2的影响,温度特性变得良好。并且,可利用从电感器LI的二次线圈供给的控制电源来使上述开关元件Q2以及比较器CPl进行动作。
[0100] 如此,通过控制部CC,使非绝缘型降压斩波器SDC在20kHz以上的动作频率、0.043以上的降压率、0.45 μ S以上的开关元件的导通时间的动作条件下,以0.15μ s±20%的开关元件Ql的控制的反应时间来进行动作,从而在上述范围内,降压率以及动作频率不再存在极限,而可使非绝缘型降压斩波器SDC良好地动作。因此,可提供一种例如作为如LED灯泡般连接于商用交流电源来点灯的相对较小电力的LED的较佳LED点灯装置。
[0101] 其次,参照图4以及图5来说明第2实施方式。另外,对于与第I实施方式相同的结构,标注相同的符号并省略其说明。[0102] 在本实施方式中,电流检测用阻抗元件Zl是设为在非绝缘型降压斩波器SDC的增加电流以及减少电流均以非平滑状态而流经的电路上的位置,而串联地插入至开关元件Ql以及续流二极管Dl的连接点与电感器LI之间。并且,以根据电流检测用阻抗元件Zl上产生的电压降来进行开关元件Ql的导通、断开控制的方式而构成控制部CC。
[0103] 而且,在IClO的内部,作为降压器,例如具备由连接于直流电源DC的电阻器R3、R4的串联电路构成的分压器以及并联连接于电阻器R4的电容器C7,且配设着从电容器C7的两端获得控制电源的控制电源生成部VDS。从该控制电源生成部VDS向控制部CC供给控制电源。
[0104] 控制部CC在开关元件Ql导通而流经电流检测用阻抗元件Zl的增加电流达到第I规定值时,使开关元件Ql断开,当在该断开期间内流经的减少电流达到小于第I规定值的第2规定值(例如O)时,使开关元件Ql再次导通,以后,以高频来重复开关元件Ql的导通、断开控制。
[0105] 在第2实施方式中,为了在IClO的内部生成控制电源,IClO的端子为4个。
[0106] 并且,根据第2实施方式,通过具备非绝缘型降压斩波器SDC,该非绝缘型降压斩波器SDC使包含开关元件Ql以及续流二极管Dl的功率部和控制部CC由单一封装内所具备的IClO构成,且将电流检测用阻抗元件Zl以及电感器LI设置在IClO的外部,从而可实现非绝缘型降压斩波器SDC的进一步的小型化,并且可容易地使电流检测用阻抗元件Zl以及电感器LI适合于各种电源电压。
[0107] 另外,各实施方式的LED点灯装置可装入照明装置。此时,照明装置是包含LED灯泡的的概念,且具备照明装置本体以及LED点灯装置而构成。照明装置是将LED作为光源,其用途一般是照明目的,但并不限定于此。照明装置本体是指从照明装置去除LED点灯装置后残余的所有部分。
[0108] 以上所述,仅是本发明的较佳实施例而已,并非对本发明作任何形式上的限制,虽然本发明已以较佳实施例揭露如上,然而并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人员,在不脱离本发明技术方案范围内,当可利用上述揭示的结构及技术内容作出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施例,但是凡是未脱离本发明技术方案的内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (5)

1.一种发光二极管点灯装置,其特征在于包括: 直流电源; 非绝缘型降压斩波器,具备第I电路、第2电路以及控制部,所述第I电路串联地包含开关元件、电流检测用阻抗元件以及电感器,且在开关元件的导通时使增加电流流经,所述第2电路串联地包含电感器以及续流二极管,且在开关元件的断开时使减少电流流经,所述控制部至少控制所述开关元件,且所述电流检测用阻抗元件连接于所述续流二极管的阴极与所述开关元件的源极之间,所述控制部在开关元件导通而流经电流检测用阻抗元件的增加电流达到规定值时使所述开关元件断开,而在流经电感器的减少电流达到小于第I规定值的第2规定值时使所述开关元件导通,使包含开关元件以及续流二极管中的至少开关元件的功率部以及控制部由单一封装内所具备的集成电路构成,所述集成电路的控制电源从与所述电感器磁耦合的二次线圈来供给,且至少将电流检测用阻抗元件以及电感器相对于集成电路而设置在外部;以及 发光二极管,连接于非绝缘型降压斩波器的增加电流以及减少电流均流经的电路上的位置。
2.根据权利要求1所述的发光二极管点灯装置,其特征在于, 所述集成电路是使功率部与控制部分别由不同的半导体芯片构成。
3.根据权利要求1所述的发光二极管点灯装置,其特征在于, 续流二极管是以相对于集成电路而安装在外部的方式而构成。
4.根据权利要求1所述的发光二极管点灯装置,其特征在于, 控制部进行控制,以使非绝缘型降压斩波器以20kHz以上的动作频率、0.043以上的降压率、0.45 μ s以上的开关元件的导通时间、且0.15 μ s ± 20 %的开关元件的控制的反应时间来进行动作。
5.一种照明装置,其特征在于包括: 照明装置本体;以及 根据权利要求1所述的发光二极管点灯装置,配设在照明装置本体内。
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